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Chaotische Eigenbewegung der Sterne?

Psi0Nic

Mitglied
Hallo,
seit einiger Zeit frage ich mich, von welcher Art die Eigenbewegung der Sterne innerhalb der Milchstraße ist. Artikel im Internet geben dazu leider nicht viel her. Es geht dabei meist nur um die relative Geschwindigkeit der Sterne/Galaxien. Die Richtung dieser Objekte wird zwar erwähnt, doch darüber in wie weit es dabei eine erkennbare Ordnung gibt, erfährt man wenig.
Vielleicht weiss man tatsächlich wenig darüber. Doch vielleicht finde ich hier ein paar Antworten:

Fliegen die Sterne in unserer Milchstraße einfach 'ziellos und chaotisch' umher? Oder gibt es erkennbare gravitative Zusammhänge, insofern dass sich nahestehende Objekte untereinander in ihrer Bahn beeinflussen (ablenken, anziehen) oder gar um gemeinsame Zentren innerhalb der Milchstraße kreisen? Natürlich von der gemeinsamen Umkreisung des galaktischen Zentrums und auch von Mehrfachsystem einmal abgesehen.

Zum Beispiel sind ja große Kugelsternhaufen, wie zB. M13, enorm massereich. Sicher wirken große Anziehungskräfte auf die hundertausende Objekte innerhalb der Struktur, doch wirkt dieser gesamte Haufen aufgrund seiner Masse denn nicht auch enorme Anziehungskräfte auf umliegende oder weiter entfernte Sterne, welche ihn auf weiten Bahnen gar umkreisen (könnten)?

Darüber hinaus werden ja auch jüngst zunehmendst mehrere kleine schwarze Löcher in der Milchstraße (rechnersich) entdeckt. Welche Rolle könnten diese bei meiner Fragestellung spielen?

Kurz: Gibt es innerhalb der Milchstraße, neben dem zentralen schwarzen Loch, noch andere Gravitationszentren, um die die Sterne, wie auch unsere Sonne, kreisen (könnten)?


Liebe Grüße und CS

Nico
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Fliegen die Sterne in unserer Milchstraße einfach 'ziellos und chaotisch' umher?
Die Antwort hängt davon ab, welche Sterne in der Milchstraße du meinst. Im Umfeld der Sonne rotieren die Sterne mit einer kollektiven Geschwindigkeit von 220 km/s um das galaktische Zentrum. Die Sonne befindet sich im sog. Orion/Cygnus-Spiralarm. Sterne, die wie die Plejaden oder Hyaden eine gemeinsame Entstehungsgeschichte haben, bewegen sich typischerweise auch im Verbund. Sterne mit einer anderen Entstehungsgeschichte fallen gewöhnlich dadurch auf, dass sie eine abweichende Eigenbewegung haben.

Die Erfassung der räumlichen Bewegung von Sternen war und ist ja eine der prominenten Aufgaben von solchen astrometrischen Missionen wie Hipparcos und Gaia. Aus den Daten von Gaia wurde unlängst eine Karte der Eigenbewegungen von 40.000 Sternen bis zu einer Entfernung von 100 Parsec über einen Zeitraum von 400.000 Jahren produziert. Obwohl das Sterne aus der näheren Umgebung sind, die also im wesentlichen eine gemeinsame kollektive Bewegung teilen, akkumulieren sich über so einen langen Zeitraum doch erhebliche Relativbewegungen.

Gaia_s_stellar_motion_for_the_next_400_thousand_years.jpg

Credit: ESA / Gaia / DPAC / CC BY-SA 3.0 IGO; acknowledgement: A. Brown, S. Jordan, T. Roegiers, X. Luri, E. Masana, T. Prusti and A. Moitinho

Im Gegensatz zu den Sternen in den Spiralarmen bewegen sich die Sterne in der zentralen Ausbuchtung (Bulge) ohne kollektiven Drehsinn auf individuellen Bahnellipsen, deren Achsen alle Richtungen abdecken.

Kugelsternsysteme bewegen sich in sehr großen Abständen auf langgesstreckten Bahnellipsen um die Galaxie. Deren Eigenbewegung ist daher gemessen in Bruchteilen von Bogensekunden pro Jahr äußerst gering und überhaupt erst seit einiger Zeit messbar. Aber auch dazu liefert Gaia Daten.

Milky Way

Stellar Kinematics

Proper motions and dynamics of the Milky Way globular cluster system from Gaia DR2
 

Martin_D

Mitglied
Vielleicht zur Ergänzung:
Es gibt in dieser Hinsicht einen wesentlichen Unterschied zwischen Spiralgalaxien und elliptischen Galaxien.

In Spiralgalaxien gibt es eine bevorzugte Rotationsrichtung beim Umlauf der Sterne um das Galaxienzentrum. Der überwiegende Teil der Sterne bewegt sich mehr oder weniger in der gleichen Drehrichtung um das Zentrum. "Geisterfahrersterne" mit der entgegengesetzten Fahrtrichtung kann es geben, wenn eine Zwergalaxie eingefangen wurde, sind aber die Ausnahme.

In elliptischen Galaxien dagegen gibt es keine bevorzugte Rotationsrichtung: Alle Sterne bewegen sich durcheinander um das Galaxienzentrum.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
In elliptischen Galaxien dagegen gibt es keine bevorzugte Rotationsrichtung: Alle Sterne bewegen sich durcheinander um das Galaxienzentrum.
Richtig, das hatten wir ja gerade: Elliptische Galaxien

Die stellaren Orbits in elliptischen Galaxien sind ähnlich wie bei Kugelsternsystemen langgestreckte Ellipsen um das kollektive Massenzentrum, wobei die Orientierungen der Bahnachsen alle Richtungen über das gesamte Volumen des elliptoidischen Sternsystems abdecken.

Wobei die Sterne in der zentralen Ausbuchtung der Milchstraße (Bulge) ebenfalls keine kollektive Bewegungsrichtung haben.
 

Psi0Nic

Mitglied
Danke euch! Dadurch wird mein Bild etwas klarer. Nur eine Teilfrage bleibt noch ungeklärt: Fangen sich benachbarte Sterne (oder Mehrfachsysteme oder Haufen) auch gelegentlich ein, in dem Sinne, dass sich passierende Systeme ihr Bahnen soweit beeinflussen, dass sie mit der Zeit dann auch um einander Kreisen - während sie weiter um das galakt. Zentrum kreisen?
Wäre es quasi möglich, dass einzelne 'vorbeifliegende' Sterne von einem Sternenhaufen, wie zB den Plejaden, eingefangen wird und dann um ihn kreist bzw. Teil davon wird?
Oder das näheste Beispiel wäre dann unsere Sonne und Proxima Centauri. Reicht die Anziehungskraft beider Objekte auf diese 'geringe' Distanz, dass sie irgendwann um einen gemeinsamen Mittelpunkt kreisen könnten? Oder zumindest ihre jeweiligen Bahnen beeinflussen?
Oder überschätze ich die Gravitationskräfte dabei doch etwas?
LG Nico
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Oder überschätze ich die Gravitationskräfte dabei doch etwas?
Du überschätzt die Anziehungskräfte zwischen benachbarten Sternen bei Abständen von einigen Lichtjahren und du unterschätzt die kollektive Schwerkraft des galaktischen Systems.

Bereits in einem Abstand von mehr als 0,1 Lj fällt die Schwerebeschleunigung der Sonne unter die mittlere Schwerebeschleunigung der Milchstraße in der Umgebung der Sonne:

(1) Galaktische Beschleunigung a_g im Abstand R der Sonne vom galaktischen Zentrum:
(Den besten Wert unter Berücksichtigung von dunkler Materie erhält man als Zentripetalbeschleunigung aus dem solaren Abstand R = 25000 Lj = 2.36 * 10^20 m und der Umlaufszeit T = 250 * 10^6 a = 7.89 * 10^15 s)

a_g = 4(pi)²R/T² = 1.50 * 10^-10 m/s²

(2) Solare Beschleunigung a_s im Abstand r_s
(mit G = 6.67 * 10^-11 m³/(kg s²) und m_s = 1.99 * 10^30 kg)

a_s = G m_s/(r_s)² = 1.33 * 10^20 m/s² / (r_s[m])²

(3) Wir vergleichen jetzt die lokale solare Beschleunigung mit der galaktischen Beschleunigung in der Umgebung der Sonne und bestimmen zunächst die Entfernung r_s von der Sonne, bei der beide gleich groß sind, also a_s = a_g:

a_s = 1.33 * 10^20 m/s² / (r_s[m])² = a_g = 1.50 * 10^-10 m/s²

Daraus folgt

r_s = 0.940 * 10^15 m = 0.10 Lj

In einem Abstand von r_s = 1/10 Lj ist das solare Schwerefeld also gleich groß wie das galaktische Umgebungsfeld.

(4) Wir verallgemeinern nun den Vergleich der beiden Felder und fragen nach dem solaren Abstand r_s, bei dem das solare Feld auf einen beliebigen Bruchteil f = a_s/a_g abgefallen ist:

r_s = 0.10 Lj / Wurzel(f)

oder

f = (0.10 Lj / r_s)²

Im Abstand von r_s = 1 Lj ist das solare Feld auf einen Bruchteil f = 0.01 oder 1% des galaktischen Umgebungsfeldes abgefallen. In einer Entfernung von 3 Lj beträgt das solare Feld nur noch f = 0.001 oder 0.1% vom galaktischen Feld, usw.

r_s ............. f = a_s/a_g
[Lj]

0.10 ............... 1.0000
0.20 ............... 0.2500
0.30 ............... 0.1111
0.40 ............... 0.0625
0.50 ............... 0.0400
0.60 ............... 0.0278
0.70 ............... 0.0204
0.80 ............... 0.0156
0.90 ............... 0.0123
1.00 ............... 0.0100
2.00 ............... 0.0025
3.00 ............... 0.0011
4.00 ............... 0.0006
5.00 ............... 0.0004
6.00 ............... 0.0003
7.00 ............... 0.0002
10.0 ............... 0.0001

Im Abstand von Proxima Centauri (4,25 Lj) beträgt die Schwerebeschleunigung der Sonne nur noch 0,00055 vom galaktischen Umgebungsfeld!
 
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